低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法

doi:10.11959/j.issn.2096-109x.2020066

网络与信息安全学报 ›› 2020, Vol. 6 ›› Issue (6): 97-104.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2020066

低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法

吴奇(),陈鸿昶

信息工程大学，河南郑州 450001

修回日期:2020-02-04 出版日期:2020-12-15 发布日期:2020-12-16
作者简介:吴奇（1991- ），男，江苏徐州人，信息工程大学博士生，主要研究方向为网络安全|陈鸿昶（1964- ），男，河南郑州人，信息工程大学研究员、博士生导师，主要研究方向为网络安全、大数据
基金资助:
国家重点研发计划基金(2018YFB0804004)

Low failure recovery cost controller placement strategy in software defined networks

Qi WU(),Hongchang CHEN

Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China

Revised:2020-02-04 Online:2020-12-15 Published:2020-12-16
Supported by:
The National key Research and Development Program of China(2018YFB0804004)

摘要/Abstract

摘要：

控制器部署技术是软件定义网络的重要研究方向。现有控制器布局技术更多地关注节点故障时网络的鲁棒性布局方法，缺乏对连边故障情况下的灾备分析。为了解决这个问题，建立了一种低故障恢复开销软件定义网络控制器布局模型，该模型针对连边故障进行设计，并利用基于模拟退火思想的算法进行求解。仿真结果表明，该模型及算法在尽量少地损失网络时延代价的同时，有效降低了控制路径出现故障时网络的故障恢复开销。

关键词: 软件定义网络, 控制器部署, 鲁棒性, 连边故障, 故障恢复开销

Abstract:

The controller placement is an important problem in software defined networks.Existing researches pay more attention to deploying controller planning for node failures and ignore the fact that the link failure can also effect the network drastically.To solve the problem,a mathematical model for the controller placement that plans ahead for the link failures to avoid a drastic increase failure recovery cost was proposed.To solve the model,an algorithm based on simulated annealing was designed.The simulation results show that the proposed model and algorithm can improve the robustness of the network.The maximum failure recovery cost is significantly reduced when a link falls in failures.

Key words: software defined network, controller placement, robustness, link failure, failure recovery cost

中图分类号:

TP393

吴奇,陈鸿昶. 低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法[J]. 网络与信息安全学报, 2020, 6(6): 97-104.

Qi WU,Hongchang CHEN. Low failure recovery cost controller placement strategy in software defined networks[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2020, 6(6): 97-104.

图/表 5

图1

表1

模型中的主要符号　Table 1 Symbols in problem"

符号	定义
V	网络中全部的交换机集合
E	网络中全部的连边集合
g _ij	连边经过度
$h_{k}^{i j}$	连边<i,j> 是否为节点k控制路径上连边
c _ij	连边<i,j> 导致的交换机故障恢复开销
d _ij	连边<i,j> 之间的距离
p_k	交换机k的控制路径的故障恢复开销
q_k	交换机k的控制路径时延
U_x	控制器x的最大负载
u_k	交换机k生成的最大负载
wkx	交换机k是否被控制器x控制
y_x	交换机x上是否部署有控制器
M	网络中部署的控制器数量

表1

图2

图3

图4

参考文献 21

[1]	KILLI B P R , RAO S V . Capacitated next controller placement in software defined networks[J]. IEEE Transactions on Network and Service Management, 2017,14(3): 514-527.
[2]	施江勇, 杨岳湘, 李文华 . 基于 SDN 的云安全应用研究综述[J]. 网络与信息安全学报, 2017,3(5): 10-25.
	SHI J Y , YANG Y X , LI W H . Research on SDN-based cloud security application[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2017,3(5): 10-25.
[3]	KOPONEN T , CASADO M , GUDE N ,et al. Onix:a distributed control platform for large-scale production networks[C]// Usenix Conference. 2010: 351-364.
[4]	YEGANEH S H , GANJALI Y . Kandoo:a framework for efficient and scalable offloading of control applications[C]// Workshop on Hot Topics in Software Defined Networks. 2012: 19-24.
[5]	BERDE P , HART J , et al . ONOS:towards an open distributed SDN OS[C]// Workshop on Hot Topics in Software Defined Networking. 2014: 1-6.
[6]	LYU Y Y , GUO Y F , QI C ,et al. Flow consistency in an intensive SDN security architecture with multiple controllers[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2017,3(12): 62-78.
[7]	高先明, 王宝生, 邓文平 . SDN 网络中控制器放置问题综述[J]. 通信学报, 2017,38(7): 155-164.
	GAO X M , WANG B S , DENG W P . Survey of controller placement problem in software defined network[J]. Journal on Communications, 2017,38(7): 155-164.
[8]	HELLER B , SHERWOOD R , MCKEOWN N . The controller placement problem[J]. ACM Sigcomm Computer Communication Review, 2012,42(4): 473-478.
[9]	HOCK D , HARTMANN M , GEBERT S ,et al. Pareto-optimal resilient controller placement in SDN-based core networks[C]// The International Teletraffic Congress. 2013: 1-9.
[10]	LIU J , XIE R . Reliability-based controller placement algorithm in software defined networking[J]. Computer Science and Information Systems, 2016,13(2): 547-560.
[11]	LUCAS F Müller , OLIVEIRA R R , LUIZELLI M C ,et al. Survivor:an enhanced controller placement strategy for improving SDN survivability[C]// IEEE Global Communications Conference. 2014: 1909-1915.
[12]	KILLI B P R , RAO S V . Optimal model for failure foresight capacitatedcontroller placement in software defined networks[J]. IEEE Communications Letters, 2016,20(6): 1108-1111.
[13]	HU Y N , WANG W D , GONG X Y ,et al. Reliability-aware controller placement for Software-Defined Networks[C]// International Symposium on Integrated Network Management. 2013: 672-675.
[14]	HU Y N , WANG W D , GONG X Y ,et al. On the placement of controllers in software-defined networks[J]. The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications, 2012,19(19): 92-97.
[15]	ZHANG Y , BEHESHTI N , TATIPAMULA M . On resilience of split-architecture networks[C]// Global Telecommunications Conference. 2012: 1-6.
[16]	HU Y N , WANG W D , GONG X Y ,et al. On reliability-optimized controller placement for software-defined networks[J]. China Communication, 2014,11(2): 38-54.
[17]	VIZARRETA P , MACHUCA C M , KELLERER W . Controller placement strategies for a resilient SDN control plane[C]// International Workshop on Resilient Networks Design ＆ Modeling. 2016: 253-259.
[18]	SAVAS S S , TORNATORE M , DIKBIYIK F ,et al. RASCAR:recovery-aware switch-controller assignment and routing in SDN[J]. IEEE Transactions on Network and Service Management, 2018,15(4): 1222-1234.
[19]	AI J , GUO Z , CHEN H . Thwarting worm spread in heterogeneous networks with diverse variant placement[J]. IEEE Communications Letters, 2018,22(7): 1346-1349.
[20]	BASTIAN M , HEYMANN S , JACOMY M . Gephi:an open source software for exploring and manipulating networks[C]// International AAAI Conference on Weblogs and Social Media. 2009.
[21]	ADRICHEM N L M V , ASTEN B J V , KUIPERS F A . Fast recovery in software-defined networks[C]// Third European Workshop on Software Defined Networks. 2014.

低故障恢复开销的软件定义网络控制器布局算法

Low failure recovery cost controller placement strategy in software defined networks

在线阅读

pdf下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 21

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	张明英, 华冰, 张宇光, 李海东, 郑墨泓. 基于鸽群的鲁棒强化学习算法[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(5): 66-74.
[2]	王泽南, 李佳浩, 檀朝红, 皮德常. 面向网络安全资源池的智能服务链系统设计与分析[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(4): 175-181.
[3]	林点, 潘理, 易平. 面向图像识别的卷积神经网络鲁棒性研究进展[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(3): 111-122.
[4]	王洋, 汤光明, 王硕, 楚江. 基于API调用管理的SDN应用层DDoS攻击防御机制[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(2): 73-87.
[5]	石灏苒, 吉立新, 刘树新, 王庚润. 基于半局部结构的异常连边识别算法[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(1): 63-72.
[6]	王鹏程, 郑海斌, 邹健飞, 庞玲, 李虎, 陈晋音. 面向商用活体检测平台的鲁棒性评估[J]. 网络与信息安全学报, 2022, 8(1): 180-189.
[7]	何威振, 陈福才, 牛杰, 谭晶磊, 霍树民, 程国振. 面向网络层的动态跳变技术研究进展[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(6): 44-55.
[8]	王正龙, 张保稳. 生成对抗网络研究综述[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(4): 68-85.
[9]	陈晋音, 张敦杰, 黄国瀚, 林翔, 鲍亮. 面向图神经网络的对抗攻击与防御综述[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(3): 1-28.
[10]	陈浩宇, 邹德清, 金海. 面向SDN/NFV环境的网络功能策略验证[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(3): 59-71.
[11]	王涛, 陈鸿昶. 考虑拜占庭属性的SDN安全控制器多目标优化部署方案[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(3): 72-84.
[12]	赵普, 赵文涛, 付章杰, 刘强. 基于Renyi熵的SDN自主防护系统[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(3): 85-94.
[13]	李国春,马睿,马季春,李伯中,刘惠明,张桂玉. 广域网出口流量调度SDN部署研究[J]. 网络与信息安全学报, 2020, 6(5): 148-157.
[14]	黄伟, 路冉, 刘存才, 祁思博. 基于SDN分级分域架构的QoS约束路由算法[J]. 网络与信息安全学报, 2019, 5(5): 21-31.
[15]	王洋,汤光明,雷程,韩冬. 面向链路洪泛攻击的多维检测与动态防御方法[J]. 网络与信息安全学报, 2019, 5(4): 80-90.